新型地理位置定位方案的制作方法
【专利摘要】目前，GPS等定位方案通过定位目标接收卫星信号进行地理位置定位。然而，在特殊的地理位置如隧道，洞穴，地下，室内等情况下，如果GPS接收终端无法接收到卫星信号，则该定位方案失效。本发明提出了一种不依赖卫星信号的新型地理位置定位方案，通过预设参考点，周期性采集定位目标的移动方向和移动距离，计算出从参考点到定位目标位置的相对位移，并结合该相对位移和参考点的地理位置信息最终得到定位目标的地理位置，达到精确定位的目的。
【专利说明】新型地理位置定位方案
【技术领域】
[0001]本专利涉及一种通过定位目标的移动方向和移动距离计算出定位目标相对于参考点的相对位移来进行地理位置定位的方案。
【背景技术】
[0002]目前，GPS等定位方案通过定位目标接收卫星信号进行地理位置定位。然而，在特殊的地理位置如隧道，洞穴，地铁，室内等情况下，如果GPS接收终端无法接收到卫星信号，则该定位方案失效。
【发明内容】
[0003]为了克服现有地理位置定位方案的不足，本专利提出了一种不依赖卫星信号的新型地理位置定位方案，通过预设参考点，周期性采集定位目标的移动方向和移动距离，计算出从参考点到定位目标位置的相对位移，并结合该相对位移和参考点的地理位置信息最终得到定位目标的地理位置，达到精确定位的目的。
[0004]本专利解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0005]1.通过定位器实现地理位置定位。定位器由时钟源，参考点地理位置信息采集模块，移动方向信息采集模块，移动距离信息采集模块，相对位移计算模块和定位模块构成。其中，移动距离信息采集模块可以由移动速度信息采集模块和移动距离计算模块替代。在该替代方案下，移动速度信息采集模块采集的移动速度信息和移动时间信息，通过移动距离计算模块计算得到等效的移动距离信息。
[0006]2.定位器中的时钟源为定位器内所有模块提供统一的时间信息。
[0007]3.参考点地理位置信息采集模块采集当前地理位置信息，作为参考点，同时设置从参考点到定位目标位置的相对位移值为O。参考点地理位置信息采集模块可以直接采用GPS等现有地理位置定位装置来实时采集当前地理位置信息。也可以在已知地理位置信息的固定地点设置二维码或无线信号发射装置，定位器相应的以二维码扫描器或无线信号接收器为参考点地理位置信息采集模块，在固定地点位置通过二维码扫描或无线信号接收方式获取当前地理位置信息。
[0008]4.定位器工作时,移动方向信息米集模块米集移动方向信息,移动距离信息米集模块采集移动距离信息，周期性定时传给相对位移计算模块。
[0009]5.相对位移计算模块通过收到的移动方向信息和移动距离信息计算出本次周期从移动前位置到移动后位置的位移，与已知的从参考点到定位目标移动前位置的相对位移值进行叠加，计算出从参考点到定位目标移动后位置的相对位移值，设置为新的从参考点到定位目标位置的相对位移值，并传递给定位模块。
[0010]6.定位模块通过相对位移值和参考点地理位置信息计算出定位目标的地理位置。
[0011]7.参考点地理位置信息采集模块定时(自动的)或非定时(用户触发)采集当前地理位置信息，成功采集到地理位置信息的位置将更新为新参考点。[0012]8.每次参考点更新时,重置从参考点到定位目标位置的相对位移值为O。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是本专利采用移动距离信息采集模块的定位器系统图。
[0014]图2是本专利采用移动速度信息采集模块的定位器系统图。
[0015]图3是标准定位工作模式下的相对位移计算模型示意图。
[0016]图4是简化定位工作模式下的相对位移计算模型示意图。
[0017]图1中(I)时钟源，(2)参考点地理位置信息采集模块，(3)移动方向信息采集模块，(4)移动距离信息采集模块，(5)相对位移计算模块，(6)定位模块。
[0018]图2中(I)时钟源，(2)参考点地理位置信息采集模块，(3)移动方向信息采集模块，(5)相对位移计算模块，(6)定位模块，(7)移动速度信息采集模块，(8)移动距离计算模块。图3中描述了由经度坐标X、纬度坐标Y和高程坐标Z组成的三维坐标系统下的相对位移计算模型，模型中每个空间点的地理位置均由三元组(X，Y，Z)表示。参考点R的地理位置为(rx, ry, rz ),从参考点R到定位目标移动前位置的相对位移PI为(xI, y I, z I),从参考点R到定位目标移动后位置的相对位移P2为(x2, y2, z2),从定位目标移动前位置到移动后位置的移动位移AP为(Ax, Ay, Az),从定位目标移动前位置到移动后位置的移动距离为S，AP的垂直偏移夹角为A，AP的水平面偏移夹角为B。
[0019]图4中描述了由横坐标X、纵坐标Y组成的二维坐标系统下的相对位移计算模型，模型中每个空间点的地理位置均由二元组(X, Y)表示。参考点R的地理位置为(rx, ry),从参考点R到定位目标移动前位置的相对位移Pl为(xl, yl),从参考点R到定位目标移动后位置的相对位移P2为(x2, y2),从定位目标移动前位置到移动后位置的移动位移AP为(Ax, Ay)，从定位目标移动前位置到移动后位置的移动距离为S，AP的平面偏移夹角为B0
【具体实施方式】
[0020]一.标准定位工作模式
[0021]在标准定位工作模式下，地理位置信息由图3中的经度坐标X，图3中的纬度坐标Y和图3中的高程坐标Z组成。参考点为图3中的R (rx, ry, rz),从参考点R到定位目标移动前位置的相对位移为图3中的Pl (xl, yl, zl),从参考点R到定位目标移动后位置的相对位移为图3中的P2 (x2, y2, z2),从定位目标移动前位置到移动后位置的相对位移为图3中的AP ( Ax, Ay, Az),从定位目标移动前位置到移动后位置的移动距离为图3中的S，图3中AP的垂直偏移夹角为图3中的A，图3中的AP的水平面偏移夹角为图3中的B。
[0022]定位器按下述方式进行工作:
[0023]1.图1中的(I)时钟源为定位器中的所有模块提供统一的时间信息。
[0024]2.首次使用时，图3中的参考点R (rx, ry, rz)设置为缺省初始值(0，0，0)并被标注，图3中从参考点到定位目标位置的相对位移P (X, y, z)的值设置为(0,0,0)。
[0025]3.图1中的(2)参考点地理位置信息采集模块定时(自动的)或非定时(用户触发)采集当前地理位置信息。成功采集的地理位置信息(rx，ry，rz)将更新为新的参考点。每次更新参考点时，重置图3中从参考点到定位目标位置的相对位移P (X, y, z)的值为(0,0，0)。
[0026]4.图1中的(3)移动方向信息采集模块实时监测定位目标的移动方向，周期性将移动方向信息传给图1中的(5)相对位移计算模块。
[0027]5.图1中的(4)移动距离信息采集模块实时监测定位目标的移动距离，周期性将移动距离信息传给图1中的(5)相对位移计算模块。
[0028]6.图1中的(5)相对位移计算模块根据收到的移动距离信息和移动方向信息计算出本次周期内的定位目标从移动前位置到移动后位置的位移，再根据已知的从参考点到定位目标移动前位置的相对位移值，计算出从参考点R到定位目标移动后位置的相对位移值，更新到P (X, y, z),并将P (X, y, z)传给图1中的(6)定位模块。具体算法如下:
[0029]已知信息:
[0030]移动距离信息:图3中的空间移动距离S。
[0031]移动方向信息:图3中的垂直偏移夹角A，图3中的水平面偏移夹角B。
[0032]移动前从参考点R到定位目标位置的相对位移P (X, Y，z):P (x, y, z)的值为图
3中的 Pl (xl, yl, zl)。
[0033]参考点的地理位置信息:图3中的R (rx，ry，rz)。
[0034]设定坐标模型:
[0035]横坐标为图3中的经度坐标X。
[0036]纵坐标为图3中的纬度坐标Y。
[0037]垂直坐标为图3中的高程坐标Z。
[0038]计算从定位目标移动前位置到移动后位置的位移AP ( Ax, Ay, Az):
[0039]经度移动距离A x=S X Cos (A) X Cos (B)
[0040]纬度移动距离A y=s X Cos (A) X Sin (B)
[0041]高程移动距离Az=SXSin(A)
[0042]计算从参考点R到定位目标移动后位置的相对位移为图3中的P2 (x2, y2, z2):
[0043]x2=xl+ A x
[0044]y2=yl+Ay
[0045]z2=zl+ A z
[0046]更新从参考点R到定位目标位置的相对位移P (x, y, z):
[0047]x=x2
[0048]y=y2
[0049]z=z2
[0050]7.图1中的(6)定位模块根据参考点R的地理位置(rx，ry, rz)和从参考点R到定位目标位置的相对位移P (X，y，z )，按如下公式计算出定位目标的地理位置(Px，Py，Pz )。
[0051]Px=rx+x
[0052]Py=ry+y
[0053]Pz=rz+z
[0054]二.简化定位工作模式
[0055]当定位目标所在区域为平面区域时，定位器可进入简化定位工作模式。工作在简化定位工作模式时，地理位置信息由图4中的横坐标X、图4中的纵坐标Y 二元组(X，Y)表示，其中X，Y可以是经度坐标、纬度坐标和高程坐标中的任意两个坐标。参考点为图4中的R (rx,ry),从参考点R到定位目标移动前位置的相对位移为图4中的Pl (xl,yl),从参考点R到定位目标移动后位置的相对位移为图4中的P2 (x2,y2),从定位目标移动前位置到移动后位置的相对位移为图4中的AP ( Ax, Ay)，从定位目标移动前位置到移动后位置的移动距离为图4中的S，图4中的AP的平面偏移夹角为图4中的B。
[0056]定位器工作原理和标准定位工作模式基本相同，按下述方式进行工作:
[0057]1.图1中的(I)时钟源为定时器中的所有模块提供统一的时间信息。
[0058]2.首次使用时，图4中的参考点R (1，7)为缺省初始值(0，0)并被标注，图4中的从参考点到定位目标位置的相对位移P (X, y)为(0,0)。
[0059]3.图1中的(2)参考点地理位置信息采集模块定时(自动的)或非定时(用户触发)采集当前地理位置信息。成功采集的地理位置信息(rX，ry)将更新为新的参考点。每次更新参考点时，重置图4中从参考点R到定位目标位置的相对位移P (X, y)的值为(0,0)。
[0060]4.图1中的(3)移动方向信息采集模块实时监测定位目标的移动方向，周期性将移动方向信息传给图1中的(5)相对位移计算模块。
[0061]5.图1中的(4)移动距离信息采集模块实时监测定位目标的移动距离，周期性将移动距离信息传给图1中的(5)相对位移计算模块。
[0062]6.图1中的(5)相对位移计算模块根据收到的移动距离信息和移动方向信息计算出本次周期内的定位目标从移动前位置到移动后位置的位移，再根据已知的从参考点R到定位目标移动前位置的相对位移值，计算出从参考点R到定位目标移动后位置的相对位移值，更新到P (X, y),并将P (x,y)传给图1中的(6)定位模块。具体算法如下:
[0063]已知信息:
[0064]移动距离信息:图4中的平面移动距离S。
[0065]移动方向信息:图4中的平面偏移夹角B。
[0066]移动前从参考点R到定位目标位置的相对位移P (X, y):P (x, y)的值为图4中的 Pl (xl,yl)。
[0067]参考点的地理位置信息:图4中的R (rx，ry)。
[0068]设定坐标模型:
[0069]图4中的横坐标X。
[0070]图4中的纵坐标Y。
[0071]其中X，Y可以是经度坐标、纬度坐标和高程坐标中的任意两个坐标。
[0072]计算从定位目标移动前位置到移动后位置的位移AP ( Ax, Ay):
[0073]横坐标移动距离Ax=SXCos(B)
[0074]纵坐标移动距离Ay=SXSin(B)
[0075]计算从参考点R到定位目标移动后位置的相对位移为图4中的P2 (x2, y2):
[0076]x2=xl+ A x
[0077]y2=yl+ A y
[0078]更新从参考点R到定位目标当前位置的相对位移P (x，y):
[0079]x=x2[0080]y=y2
[0081]7.图1中的(6)定位模块根据参考点R地理位置(rx，ry)和从参考点R到定位目标位置的相对位移P (x，y)，按如下公式计算出定位目标的地理位置(Px，Py)。
[0082]Px=rx+x
[0083]Py=ry+y
[0084]三.移动距离信息采集模块的替代方案
[0085]在定位器中，图1中的(3)移动距离信息采集模块可以由图2中的(7)移动速度信息采集模块和图2中的(8)移动距离计算模块替代，从而定位器系统图变为图2所示。与采用移动距离信息采集模块相比，采用移动速度信息采集模块的定位器在原有的工作方式下，取消了所有图1中的(3)移动距离信息采集模块的工作步骤，同时增加了图2中的(7)移动速度信息采集模块和图2中的(8)移动距离计算模块的工作步骤如下:
[0086]1.首次使用时，除原有的操作外，图2中的(7)移动速度信息采集模块监测当前目标的移动速度V，同时记录移动时间t，一起发送到图2中的(8)移动距离计算模块。
[0087]2.在定位过程中，图2中的(7)移动速度信息采集模块定时监测当前目标的移动速度V，同时记录移动时间t，一起发送到发送到图2中的(8)移动距离计算模块。
[0088]3.图2中的(8)移动距离计算模块按照如下算法计算定位目标的相对移动距离:
[0089]已知信息:
[0090]前一时刻的速度检测时间为tl，监测到的移动速度为VI。
[0091]当前时刻的速度检测时间为t2，监测到的移动速度为v2。
[0092]相对移动距离计算公式:
[0093]定位目标的空间移动距离S= (v2+vl) +2X (t2 - tl)
[0094]4.图2中的(8)移动距离计算模块将空间移动距离S发送到图2中的(5)相对位移计算模块。
【权利要求】
1.该方案通过预先设置参考点，通过周期性采集定位目标的移动方向和移动距离，计算出从参考点到定位目标位置的相对位移，然后通过该相对位移和参考点地理位置信息计算出定位目标的地理位置信息。
2.权利要求1中的移动距离信息采集可以替换为移动速度信息和移动时间信息的采集，通过移动速度信息和移动时间信息计算出移动距离。
3.定位器中包含时钟源，为整个定位器中的所有模块提供统一的时间信息。
4.定位器中包含参考点地理位置信息采集模块，可以随时采集当前地理位置信息，设置为参考点，并重置从参考点到定位目标位置的相对位移为O。
5.定位器中包含移动距离信息采集模块，实时监测定位目标的移动距离，周期性传给相对位移计算模块。
6.权利要求5中的移动距离信息采集模块可以由移动速度信息采集模块和移动距离计算模块替代，其中移动速度信息采集模块实时监测定位目标的移动速度和移动时间，周期性传给移动距离计算模块，移动距离计算模块通过移动速度和移动时间计算出定位目标的移动距离，然后传给相对位移计算模块。
7.定位器中包含移动方向信息采集模块，实时监测定位目标的空间移动方向，周期性传给相对位移计算模块。
8.定位器中包含相对位移计算模块，通过定位目标的移动距离信息，移动方向信息，和从参考点到定位目标移动前位置的相对位移值，计算出从参考点到定位目标移动后位置的相对位移值，设置为新的从参考点到定位目标位置的相对位移值，然后传给定位模块。
9.定位器中包含定位模块，通过参考点的地理位置信息和从参考点到定位目标位置的相对位移值计算出定位目标的地理位置信息。
【文档编号】G01C21/00GK103487049SQ201310397578
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年9月4日 优先权日:2013年9月4日
【发明者】罗朝劲, 周梦醒 申请人:罗朝劲, 周梦醒